國內復合輻射供冷空調系統(tǒng)研究現狀

康智強，彭馨瑩，程小聰，馮國會

（沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110168）

1 前言

近年來，在北方地區(qū)地板低溫輻射供暖已經應用得越來越廣泛，人們也開始嘗試在夏季使用輻射供冷的方式替代傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)。傳統(tǒng)的空調系統(tǒng)以對流為主要方式，送風口風量大，易產生吹風感而影響人體的舒適性，而且室內的空氣品質往往達不到人居住的要求。而輻射供冷空調系統(tǒng)是以輻射換熱方式為主，不僅可以滿足對供冷量的需求，還能通過蓄熱作用節(jié)能。但是，輻射供冷系統(tǒng)在房間濕度大和供水溫度低的時候，非常容易出現結露現象［1］。因此，研究者們開始將地板送風、置換通風和貼附射流引入到輻射供冷系統(tǒng)中，這既能解決室內的空氣品質問題，還有助于抑制結露現象，有很大的應用前景和研究空間。

2 輻射供冷空調系統(tǒng)

輻射供冷是依靠供冷部件與圍護結構內表面間的輻射換熱，從而解決房間內部冷負荷的供冷方式，根據輻射板位置可分為頂板輻射供冷系統(tǒng)和地板輻射供冷系統(tǒng)［2］，這種方式既可用于民用建筑供冷也可以用于工業(yè)建筑降溫。頂板輻射供冷是將冷水管布置在房間的頂板內，以輻射的方式與室內進行熱量交換，這種供冷方式施工安裝和維護管理比較方便，不影響室內設施和裝飾的布置［3］。地板輻射供冷是利用冷水來為地板降溫從而加強人們和地板的輻射換熱，達到使人體舒適的作用，在大空間大面積的建筑中能起到很好的降溫作用。頂板輻射供冷系統(tǒng)和地板輻射供冷系統(tǒng)都具有運行費用低、無噪聲和室內熱環(huán)境舒適的優(yōu)點，但是與地板輻射供冷系統(tǒng)相比，頂板輻射供冷系統(tǒng)不會出現頭熱腳涼的問題［4］。

3 復合輻射供冷空調系統(tǒng)常用的3種送風方式

輻射供冷系統(tǒng)常采用的送風方式有地板送風，置換通風和貼附射流。這3種送風方式的特性決定了3種復合輻射供冷空調系統(tǒng)的熱舒適性和防結露性的好壞程度。

3.1 地板送風

地板送風是利用從地板里的送風口送出的具有一定速度的射流去卷吸房間下部污濁空氣，混合后的氣流從房間上部的排風口排出［5］。送風溫度可低于置換通風的送風形式，系統(tǒng)所解決的冷負荷大于置換通風。

3.2 置換通風

與地板送風不同，置換通風的新風從房間的下部以較低的速度送出并沿地面擴散開來，在地面上形成潔凈空氣湖，當接觸到熱源后卷吸污濁空氣上升，由房間上部的排風口排出［5］。

3.3 貼附射流

貼附射流的送風口位于房間上部，由于房間上部的射流區(qū)和下部的回流區(qū)之間的靜壓差的作用［5］，射流只能貼附于天花板表面流動，并在近墻處下降，在射流區(qū)下部不斷卷吸室內污濁空氣，再由對面墻壁上接近頂板的回風口排出。

3種送風方式的優(yōu)缺點對比見表1。

表1 3種送風方式的優(yōu)缺點對比

4 復合輻射供冷空調系統(tǒng)

單純的輻射供冷系統(tǒng)沒有除濕功能，也不能引入新風保證良好的室內空氣品質。而且在實際應用輻射供冷系統(tǒng)時，當地板或頂板的表面溫度低于地面或棚面附近空氣的露點溫度時，地板或頂板就會產生小液滴，出現結露現象［6］。為了解決這些問題，研究人員開始將新風系統(tǒng)（如地板送風，置換通風，貼附射流）與輻射供冷系統(tǒng)相結合，形成復合輻射供冷空調系統(tǒng)。

4.1 輻射供冷空調系統(tǒng)的熱舒適性

4.1.1 地板送風與地板輻射供冷空調系統(tǒng)

夏學鷹等研究了地板輻射供冷與地板送風混合式空調系統(tǒng)的實際應用性［7］，發(fā)現了地板送風與地板輻射供冷的結合使用，使得地板輻射在防止結露和保證良好的室內熱舒適環(huán)境上有很大的發(fā)展前景。王亮等研究了輻射供冷與下送風復合空調系統(tǒng)的使用性能［8］，結果表明，在風速、送風溫度和風口尺寸等參數設置相同時，地面送風使工作區(qū)的風速達到了0.4 m/s，容易造成人體的不適。

4.1.2 置換通風與頂板或地板輻射供冷空調系統(tǒng)

陳露等比較了相同面積條件下地板、墻壁和頂板3種不同輻射供冷方式與置換通風復合系統(tǒng)的室內熱舒適情況［9］，結果表明，在統(tǒng)一設置風速、風口尺寸和房間面積等參數的情況下，頂板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)，使得距地面1.1 m處的工作區(qū)垂直溫差超過3℃，不滿足舒適性要求，地板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)不會出現這種情況。唐凱等以上海某棟別墅輻射吊頂加置換通風系統(tǒng)為研究對象測試了夏季運行工況下室內舒適性［10］，結果表明，系統(tǒng)在夏季可以實現舒適的室內熱環(huán)境，并且運行穩(wěn)定。唐麗艷等模擬了輻射板置換通風房間的速度場［11］，結果表明，熱源附近的空氣流速較大，速度大于0.25 m/s，其它區(qū)域的氣流速度低于0.1 m/s，因此不會使人體有吹風感，熱舒適性好。

4.1.3 貼附射流作用下頂板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)

于志浩等搭建了輻射吊頂與貼附射流和置換通風復合系統(tǒng)的實驗平臺［12］，結果表明，輻射吊頂與貼附射流復合系統(tǒng)的PMV值都在0.4左右，輻射吊頂與置換通風復合系統(tǒng)的PMV值在-0.1左右。根據標準化組織 ISO7730中-0.5≤PMV≤+0.5、PPD≤10%的熱舒適要求［13］，這2種復合輻射供冷空調系統(tǒng)都滿足舒適性要求，輻射吊頂與置換通風復合系統(tǒng)的PMV值更接近0，因此，輻射吊頂與置換通風復合空調系統(tǒng)的舒適性更好。錢佳煒等模擬了采用貼附射流作用下輻射冷頂板與置換通風復合空調系統(tǒng)房間的室內熱環(huán)境［14］，結果表明，貼附射流作用下頂板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)房間，人體腳踝和頭部之間的溫差不大于3℃，能給人良好的熱舒適性，室內風速在0.05-0.25 m/s之間，不易讓人產生吹風感。

4.2 復合輻射供冷空調系統(tǒng)的結露問題

4.2.1 地板送風解決結露問題

袁玉潔等發(fā)現結露的實質是空氣里的水蒸氣和低于水蒸氣飽和溫度的輻射冷板相接觸發(fā)生的傳熱傳質現象［15］。由此可見，輻射冷板進水溫度過低及室內散濕量過大是造成冷板表面結露的主要原因。路詩奎等研究了地板輻射供冷的結露機理［16］，發(fā)現了影響結露的關鍵因素是輻射地板的表面溫度。由于地板送風的風速大、送風量大，地板送風可以承擔起室內更多的冷負荷，輻射地板的溫度就可以提高1～2℃，輻射地板的管道進水溫度也相應地提高，從而可以減輕結露現象。

4.2.2 置換通風解決結露問題

置換通風送進的室外新風在地面擴散開來，隔絕了室內空氣與輻射地板的接觸，形成了一個相對干燥的空氣膜，減少了結露現象的發(fā)生。王亮等對建筑物進行實測和模擬［17］，研究了增大置換通風的送風速度對結露現象的影響，發(fā)現了送風速度在小于1.5 m/s時依然可以起到隔絕濕空氣與輻射地板的作用，減輕結露現象。李紅偉等模擬了不同送風溫度下房間的溫度場［18］，結果表明，保證人員覺得熱舒適的前提下，為防止地板表面結露，置換通風的送風溫度只能低于室內設計溫度2～4℃或者等于室內設計溫度，同時地板表面溫度控制在19～23℃。任艷莉等通過對建筑物實測對比了單一的輻射供冷空調系統(tǒng)與輻射供冷加置換通風復合空調系統(tǒng)［19］，發(fā)現了置換通風在靠近地面處形成干燥空氣層，可有效減輕結露現象。

4.2.3 貼附射流解決結露問題

貼附射流送入的新風，附于天花板頂板上流動，將輻射冷頂板和房間內的空氣隔絕，形成一個空氣保護膜，貼附射流送進的新風溫度要比室內空氣低，因此就可以有效解決結露問題。并且由于冷輻射板表面溫度的降低提高了供冷量，貼附射流與冷輻射板的對流作用加強了冷輻射板的換熱能力［20］。周根明等通過試驗多次對比了單一的輻射供冷空調系統(tǒng)和采用貼附射流的復合空調系統(tǒng)防結露效果［21］，結果表明，在供水溫度降到13 ℃的1 h后，沒有貼附射流的一側，出現結露現象，而設置貼附射流的一側沒有出現結露現象。由此證明，貼附射流的確可以在冷輻射板表面形成干燥的空氣層，阻止溫度高濕度大的室內空氣和輻射板的接觸，避免結露現象。趙忠超等研究了輻射供冷與豎壁貼附射流結合的空調系統(tǒng)房間空氣品質［22］，結果表明，在常用的輻射板溫度和貼附射流送風參數條件下，0.1～1.1 m高度的溫差小于1.5℃，0.1～1.1 m高度空氣流速小于0.3 m/s，貼附射流有效降低冷輻射板表面結露的可能性。

貼附射流作用下，頂板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是將貼附射流和置換通風相結合，一方面，貼附射流可以集中解決輻射頂板結露的問題而不需過多解決室內冷負荷，另一方面，置換通風可以彌補貼附射流排污能力差的缺陷。貼附射流作用下，頂板輻射供冷加置換通風空調系統(tǒng)，這種復合空調系統(tǒng)更好地在滿足室內冷負荷和空氣品質的前提下解決了頂板結露的問題。

5 結論

（1）由于地板送風的風速大、送風量大，地板送風可以承擔起室內更多的冷負荷，輻射地板的溫度就可以相對提高，從而可以有效地減少結露現象。以置換通風的送風方式送入的低溫干燥新風在地面擴散開，形成了一個空氣膜，隔絕了室內空氣與輻射地板的接觸，可以減輕結露現象。

（2）由于貼附射流本身特性，在防結露問題上，引入貼附射流的輻射供冷系統(tǒng)，大大優(yōu)于引入置換通風的輻射供冷系統(tǒng)，并且貼附射流的輻射供水溫度可以更低，制冷效果會更好，所以，貼附射流作用下的頂板輻射供冷加置換通風系統(tǒng)的防結露效果大大優(yōu)于前者。

（3）置換通風本身的特性，決定了置換通風與地板輻射供冷系統(tǒng)在維持良好的室內空氣品質和室內熱舒適環(huán)境上優(yōu)于地板送風與地板輻射供冷系統(tǒng)。置換通風與頂板輻射結合的復合空調系統(tǒng)房間的熱舒適性高于置換通風與地板輻射結合的復合空調系統(tǒng)。

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